从制造大国到制造强国的必由之路 ——TI芯科技赋能中国新基建之工业互联网

如果说成为制造强国对于中国来说是别无选择，那么被看成第四次工业革命重要基石的工业互联网的建设则是必由之路。

产业的提升需要具体的路径，工业互联网的价值不仅在于通过基础设施的建设来降低企业生产成本，更是在数字化转型、网络化协同、智能化生产中改变企业思路，迈向现代产业体系。从2012年“工业互联网”概念首次被提出，到5年后国家出台工业互联网顶层规划，之后2019年工业互联网更是被写入《政府工作报告》，2020年3月工信部则发布了20项措施推动工业互联网加速发展，工业互联网毫无悬念地成为新基建七大方向之一。

随着近几年的不断发展，工业互联网的建设已经从最初发展基础架构升级为围绕业务场景，应用聚焦基于设备物联的数据价值挖掘和特定场景深度优化。快速的发展并不能掩盖背后的隐忧，德州仪器(TI) 区域销售经理Vincent表示，对于大多数企业来说，主要仍面临三方面的困难和一个方面的担心。

首先是工业互联网平台的能力仍然不足，工业互联网平台需要高效的数据采集、分析、服务等多方面能力，且设备种类复杂、通信协议与数据格式各异，缺乏有效的降低接入成本的方法;其次，企业的资金投入能力不足，众多企业尚处于低价同质化竞争阶段，并不愿意下大成本进行信息化改造;再次，企业的意愿不足，目前由于工业互联网的发展处于初期，效果和实际回报并不明显。至于担心则集中在互联网数据安全方面，害怕财务数据以及生产运营和管理数据的泄露。

用户的需求和迟疑给传统工业基础架构带来众多创新的同时，也带来了更多设计挑战，这需要集成电路供应商来帮助工程师在控制器、通信、感应等方面开发智能系统。

数据来源不再是痛

工业互联网与现代化工业最大的不同，就是可以利用数据和机器学习推动更智能的系统，因此作为驱动制造业务最重要的数据来源，工业现场传感器要更加准确及智能化。各种类型的传感器因此层出不穷，而前几年出现的CMOS毫米波雷达技术则炙手可热。

毫米波雷达利用60GHz或77GHz高频毫米波技术，可在检测范围内精确测量物体的距离、相对速度和接近角度。与基于视觉和激光雷达的传感器相比，毫米波传感器可以更好地抵御雨、尘、烟、雾或霜等环境影响，可在完全黑暗中或阳光直射下工作。因此十分适合工业等复杂的现场环境。支持安装在无外透镜、通风口或传感器表面的塑料外壳内，更容易围绕防护等级 (IP) 69K 标准进行设计，而且非常坚固耐用。与光学传感器不同，毫米波传感器不会收集任何个人身份信息，可以应用在隐私敏感区域。

毫米波雷达系统包括发送和接收射频组件，天线以及时钟等模拟组件和模数转换器 (ADC)、微控制器单元 (MCU) 和数字信号处理器 (DSP) 等，TI IWRx 工业毫米波器件将以上组件全部集成，额外的数字处理资源还可用于聚合、跟踪和分类等任务的数据后处理。并可直接在传感器边缘进行实时处理，通常无需额外的处理器。该产品系列品类齐全，涵盖从高性能雷达前端到超高分辨率、低功耗小型单芯片雷达的所有产品。

业界仍在探索毫米波雷达在工业互联网中的应用。 两个潜在的应用是占用检测和机器人技术。 对于占用检测，雷达会计算一个区域内的人员数量，跟踪他们的运动路径，识别运动特征，例如一个人跌倒时的运动特征，甚至可以在一个人静止不动时也可以检测到更细微的动作，例如心跳和呼吸频率。对于机器人技术，雷达可以帮助无人驾驶车辆和无人机检测障碍物以帮助导航，或者在人和其他移动物体周围实现更安全的操作。毫米波雷达等传感器帮助我们与机器互动，减少事故发生，实现智能机械臂、协作机器人系统、无人工厂管理等应用。

忘记通信与处理的痛

随着传感器和执行器数量的不断增加，需要优化整个工厂通信对于满足各种规模系统的各种要求。同时，在高度自动化的工厂中，大型现场网络(包括复杂系统、PLC和支持与外部网络交互的网关)也随着数据传输量的增加和复杂度的增加，而变得更加重要。显然自动化设备之间有着非常之多的通信选择。在网络通信方面，TI产品支持广泛的工业通信标准 -- 从串行接口 (IO-Link、CAN、RS-485) 到工业以太网，以及诸如具备时效性的网络体系 (TSN) 和单对以太网 (SPE) 等新技术。对于基于视觉的工业系统，TI 的 V3link™ 串行器和解串器有助于通过单根超细线同时传输高分辨率视频、控制信号和电源。 这些解决方案使设计师能够拥有更高的连通性和可扩展性，以满足当前行业趋势的需求。

工业互联网应用的设计人员必须确定要支持哪类工业以太网协议，以使其系统与多个现场总线环境兼容。传统上，添加协议需要创建附加接口或插入到主板的可互换模块，每个决策都涉及到额外的硬件设计、更大的材料清单以及更长的测试和认证周期。TI Sitara™处理器和微控制器无需添加硬件，即可提供支持多协议工业以太网的集成可编程实时单元和工业通信子系统(PRU-ICSS)。

TI最新推出的Sitara AM2x系列MCU结合了MCU和MPU的优势，比如MPU中的高性能Arm® Cortex-R系列CPU内核，高性能的RAM以及高速的信号处理，以及高速实时工业通信总线接口，并且结合了MCU中的安全功能及实时外设等特性，通过将业界先进的处理性能、实时控制和高级网络功能结合，从而使工厂自动化实现了低延迟实时处理和控制，并通过PRU-ICSS通信加速模块简化实现工业网络。

未来的计算，尤其是与机器学习相关的计算，将越来越多地发生在边缘。为了满足这一要求，嵌入式系统需要具有更高的性能和性价比，同时降低功耗。 TI 的 Jacinto™ 7 SoC 集成了 A72 CPU、R5 MCU、多核 DSP 以及深度学习和视觉处理加速器，能够以低功耗水平支持高实时计算吞吐量。客户能够使用行业标准的AI引擎，在 TI 高效的深度学习处理器上部署训练有素的网络模型。

需要选择正确的合作伙伴落地

显然，工业互联网是一个非常复杂的系统，在传感、网络传输、执行、机电一体化和功能性安全以及电气方面存在诸多设计挑战。TI推出了一系列高性价比的模拟和嵌入式方案，一方面为工业互联网提供灵活可靠的数据搜集、传输、处理、执行的基础芯片，另一方面则是通过一站式的设计和参考资料，帮助中国客户加速开发周期，尽早普及工业互联网市场。

目前中国是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类的国家。“十四五计划”和2035年远景目标将“坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”摆在重要位置。随着《工业互联网创新发展行动计划》(2021~2023)的发布，标志着未来3年将是中国工业互联网快速成长期的关键期。工信部数据显示，截至2021年3月底，工业互联网平台连接工业设备总数达到7300万台，工业应用突破59万个。

作为全球领先的半导体公司，TI提供系统级方案，既帮助提升工程师的设计效能，又加速产品验证与量产。根据TI 2020财年业绩报告，工业市场占比已超过35%，是五大细分市场的第一位。今年恰逢TI进入中国35周年，从进入中国伊始，TI一直持续深耕中国工业市场，随着中国新基建的推进，TI始终如一，助力工业互联网的腾飞。TI拥有品类齐全的模拟和嵌入式处理系列产品、强大的本地制造研发能力、遍布全国的产品分销及销售网络的公司，显然会成为中国工业数字化之旅的同行者。